2. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΟΜΒΡΙΩΝ ΓΙΑ ΜΙΚΡΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ

Transcript

1 2. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΟΜΒΡΙΩΝ ΓΙΑ ΜΙΚΡΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ 2.1 Γενικά Το πρώτο βήµα στο σχεδιασµό των εγκαταστάσεων µιας αποχέτευσης είναι ο προσδιορισµός της ποσότητας του νερού που πρέπει να µεταφέρει η εγκατάσταση. Η απαιτούµενη υδρολογική ανάλυση για να εκτιµηθεί η απαιτούµενη παροχετευτικότητα µπορεί να είναι ένα κύριο στοιχείο της συνολικής προσπάθειας σχεδιασµού. Το επίπεδο της απαιτούµενης προσπάθειας εξαρτάται από τα διαθέσιµα δεδοµένα και από την εµπειρικότητα της αναλυτικής τεχνικής που επιλέγεται. Ανεξάρτητα από την αναλυτική τεχνική που χρησιµοποιείται η υδρολογική ανάλυση πάντα εµπλέκεται µε την κρίση του µηχανικού λόγω της πολυπλοκότητας και των πιθανοτήτων που ενυπάρχουν στη φύση της ίδιας της διαδικασίας της απορροής. Η ποσοτικοποίηση της απορροής δε στηρίζεται σε µια επιστήµη ακριβείας. Για συνήθη προβλήµατα µελέτης, ιδιαίτερα µε αυτά που αφορούν µικρές αποχετευόµενες επιφάνειες, δεν είναι πρακτικό και δεν είναι απαραίτητο να χρησιµοποιούνται εξεζητηµένες αναλυτικές µέθοδοι οι οποίες απαιτούν εκτεταµένο χρόνο και εργασία. Ευτυχώς υπάρχει ένας αριθµός ικανοποιητικών αποδεκτών µεθόδων για την υδρολογική ανάλυση, κατά τις οποίες χρησιµοποιούνται υπάρχοντα δεδοµένα ή στην περίπτωση απουσίας δεδοµένων υπάρχουν συνθετικές µέθοδοι για την ανάπτυξη των απαιτούµενων παραµέτρων σχεδιασµού. Η µελέτη αποχέτευσης για εγκαταστάσεις που εξυπηρετούν µικρές επιφάνειες µπορεί τυπικά να βασίζεται σε συνθήκες µέγιστης ροής. Η γνώση του πλήρους υδρογραφήµατος σπάνια είναι απαραίτητη για µικρές εγκαταστάσεις αποχέτευσης. Για παράδειγµα ο σχεδιασµός των εγκαταστάσεων αποχέτευσης της κεντρικής νησίδας, ή ενός συστήµατος υ πονόµου και στοµίων υδροσυλλογής για την προστασία ενός πρανούς επιχώµατος, ή ε νός οχετού που αποχετεύει µια µικρή επιφάνεια η οποία αποµονώνεται από το επίχωµα της οδού, µπορεί να γίνεται µε βάση τις συνθήκες µέγιστης ροής και µόνο. Οι µέθοδοι για την εκτίµηση της µέγιστης ροής µπορεί να διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: α. για περιοχές µε δεδοµένα µετρήσεων ροής ρεµάτων β. για περιοχές χωρίς δεδοµένα µετρήσεων Όταν υπάρχουν επαρκή δεδοµένα µετρήσεων σε βάθος χρόνου και είναι αξιόπιστα τότε µπορεί να χρησιµοποιείται η στατιστική ανάλυση για να εκτιµηθεί η µέγιστη πληµµύρα σε διάφορες περιόδους επαναφοράς. Όταν δεν υπάρχουν δεδοµένα µετρήσεων οι εκτιµήσεις γίνονται µε εµπειρικές εξισώσεις (π.χ. η ορθολογική µέθοδος) ή µε τοπικές εξισώσεις παλινδρόµησης. Οι τοπικές εξισώσεις παλινδρόµησης είναι κατάλληλες για µεγάλες επιφάνειες αποχέτευσης, ενώ άλλες µέθοδοι όπως είναι η ορθολογική µέθοδος συνήθως χρησιµοποιούνται για µικρότερες επιφάνειες µέχρι περίπου 0,8 km 2. Για µεγαλύτερες επιφάνειες συνιστώνται οι εξισώσεις παλινδρό µησης που έχουν αναπτυχθεί από τοπικά δεδοµένα. Πρέπει να σηµειωθεί ότι δεν υπάρχει σαφής προσδιορισµός του ορίου µέχρι το οποίο η µια µέθοδος παύει να έχει εφαρµογή και θα πρέπει να χρησιµοποιείται η άλλη µέθοδος. Οι µέθοδοι, µερικές φορές, δίνουν αποτελέσµατα για την ίδια επιφάνεια που συµφωνούν µεταξύ τους αρκετά καλά, ενώ σε άλλες 21

2 περιπτώσεις, αυτές µπορεί να διαφέρουν στα αποτελέσµατα ακόµη και περισσότερο από 50%. Όταν συµβαίνουν µεγάλες διαφορές η εφαρµοσιµότητα της κάθε µεθόδου θα πρέπει να αξιολογείται και τότε απαιτείται µια ουσιαστική κρίση του µηχανικού για την απόφαση των λογικών τιµών σχεδιασµού. Τόσο ο υπερσχεδιασµός όσο και ο υποσχεδιασµός συνεπάγεται υπερβολικό κόστος σε µακροπρόθεσµη βάση. Μια τάφρος σχεδιασµένη για να φέρει την πληµµυρική παροχή 1 έτους θα έχει προφανώς ένα χαµηλό αρχικό κόστος, αλλά το κόστος συντήρησης θα είναι υψηλό επειδή η τάφρος και η οδός µπορεί να υπόκεινται σε φθορές από την απορροή σχεδόν κάθε χρόνο. Όµως µια τάφρος σχεδιασµένη για να εξυπηρετεί την πληµµύρα 100 ετίας θα έχει υψηλό αρχικό κόστος, αλλά χαµηλό κόστος συντήρησης. Κάπου ανάµεσα σ αυτά τα δυο όρια βρίσκεται η περίοδος επαναφοράς σχεδιασµού η οποία θα εξισορροπεί κατά το βέλτιστο τρόπο το κόστος κατασκευής, το ετήσιο κόστος συντήρησης, καθώς και την επικινδυνότητα φθορών από την πληµµύρα. 2.2 Απορροή Οµβρίων Η βροχή που πέφτει στο έδαφος και στις υδάτινες επιφάνειες παράγει την απορροή των λεκανών. Ένα µικρό µέρος της βροχής εξατµίζεται καθώς πέφτει και κάποιο µέρος συγκρατείται από τη βλάστηση. Από τα όµβρια που φθάνουν στο έδαφος ένα µέρος διηθείται σε αυτό, ένα µέρος γεµίζει τις κοιλότητες της επιφάνειας του εδάφους και το υπόλοιπο ρέει επιφανειακά και φθάνει στις βαθιές γραµµές της επιφάνειας του εδάφους. Η επιφανειακή απορροή συχνά επιβαρύνεται από την υπόγεια ροή που ρέει ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και η οποία φθάνει συγχρόνως στις βαθιές γραµµές συνιστώντας και αυτή ένα µέρος της συνολικής απορροής οµβρίων. Η βροχή που διηθείται στο έδαφος συµποσούται µε την υγρασία του εδάφους και προστίθεται στον υπόγειο ορίζοντα. Μέρος από τον υπόγειο ορίζοντα φθάνει στα ρέµατα µετά από µακρό χρονικό διάστηµα από τη χρονική στιγµή που έχει περάσει η επιφανειακή α πορροή των οµβρίων και κάποιο µέρος απολήπτεται από τη βλάστηση ή/και από τις ανθρώπινες χρήσεις. Η απορροή των οµβρίων η οποία πρέπει να µεταφέρεται από τις εγκαταστάσεις αποχέτευσης της οδού είναι το υπόλοιπο της βροχόπτωσης µετά τις απώλειες που προαναφέρονται. Η τιµή των απωλειών στην απορροή εξαρτάται από την ποσότητα της βροχής και το ρυθµό µε τον οποίο αυτή πέφτει (ένταση, θερµοκρασία, χαρακτηριστικά του εδάφους) η τιµή της απορροής ποικίλει ανάλογα µε την υδροπερατότητα της επιφάνειας του εδάφους και τη φυτική κάλυψη αλλά και ανάλογα µε το χρόνο για την ίδια επιφάνεια σε σχέση µε τις υφιστάµενες εκείνη τη χρονική στιγµή συνθήκες αυτής, όπως είναι η υγρασία του εδάφους κτλ. 2.3 Ανάλυση εδοµένων Μετρήσεων Η στατιστική ανάλυση δεδοµένων, από υπηρεσίες που τα διαθέτουν, επιτρέπει µια εκτίµηση της µέγιστης παροχής σε σχέση µε την πιθανότητα και τη συχνότητα που αυτή συµβαίνει σε µια δεδοµένη θέση. 2.4 Ένταση ιάρκειαπερίοδος Επαναφοράς Βροχόπτωσης Η ένταση της βροχόπτωσης είναι ο ρυθµός µε τον οποίο πέφτει η βροχή. Η ένταση εκφράζεται σε [mm/h] ανεξάρτητα από τη διάρκεια της βροχόπτωσης, αν και µπορεί να εκ 22

3 φράζεται ως συνολική βροχόπτωση σε µια συγκεκριµένη χρονική περίοδο (π.χ. διάρκεια). Η συχνότητα (περίοδος επαναφοράς) µπορεί να εκφράζεται ως η πιθανότητα να συµβεί ή να γίνει υπέρβαση µιας δεδοµένης έντασης βροχόπτωσης, ή µπορεί να εκφραστεί ως ό ρος του µέσου χρονικού διαστήµατος (περίοδος επαναφοράς) µεταξύ εντάσεων βροχόπτωσης µιας δεδοµένης ή µεγαλύτερης ποσότητας. Η συχνότητα έντασης βροχόπτωσης δε µπορεί να εκφράζεται χωρίς να δηλώνεται η διάρκεια της βροχόπτωσης επειδή η ένταση βροχόπτωσης ποικίλει ανάλογα µε τη διάρκεια βροχόπτωσης. εδοµένα βροχόπτωσης ενός σηµείου χρησιµοποιούνται για την κατασκευή καµπυλών «έντασηςδιάρκειαςπεριόδου επαναφοράς» που είναι απαραίτητες για την υδρολογική ανάλυση (βλ. παράδειγµα Σχήµα 2.41). υο µέθοδοι για την επιλογή δεδοµένων βροχόπτωσης χρησιµοποιούνται στις αναλύσεις περιόδου επαναφοράς που είναι οι ετήσιες σειρές και οι σειρές µερικήςδιάρκειας. Οι ετήσιες σειρές ανάλυσης λαµβάνουν υπόψη µόνο τη µέγιστη βροχόπτωση κάθε έτους (συνήθως ηµερολογιακού έτους) και αγνοούν τις άλλες βροχοπτώσεις κατά τη διάρκεια του έτους. Αυτές οι µικρότερες βροχοπτώσεις κατά τη διάρκεια ενός έτους συχνά υπερβαίνουν τις µέγιστες βροχοπτώσεις άλλων ετών. Η ανάλυση των σειρών µερικήςδιάρκειας λαµβάνει υπόψη όλες τις υψηλές βροχοπτώσεις ανεξάρτητα από τον αριθµό που συµβαίνουν µέσα σε ένα συγκεκριµένο έτος. Κατά το σχεδιασµό των εγκαταστάσεων αποχέτευσης µιας οδού για περίοδο επαναφοράς µεγαλύτερης από 10 έτη η διαφορά µεταξύ δυο σειρών δεν είναι σηµαντική. Όταν η περίοδος επαναφοράς είναι µικρότερη από 10 έτη, οι σειρές µερικήςδιάρκειας πιστεύεται ότι είναι περισσότερο κατάλληλες. Για τη µετατροπή των καµπυλών περιόδου επαναφοράς που βασίζονται στις ετήσιες σειρές, σε εκείνες που βασίζονται στις σειρές µερικήςδιάρκειας µπορεί να γίνεται µε πολλαπλασιασµό των τιµών των ετήσιων σειρών µε τους ακόλουθους συντελεστές: Περίοδος επαναφοράς 2ετίας 5ετίας 10ετίας 20ετίας Συντελεστής σχέσης 1,14 1,04 1,01 1, Κριτήρια Σχεδιασµού Ο σχεδιασµός των συστηµάτων αποχέτευσης αρχίζει µε την επιλογή της περιόδου επαναφοράς σχεδιασµού. Παράλληλα µε αυτή την επιλογή γίνεται και η επιλογή του ελεύθερου ύψους πάνω από την ανωτάτη στάθµη του ύδατος (ΑΣΥ) που πρέπει να είναι διαθέσιµη για την ασφαλή λειτουργία των τεχνικών έργων (γέφυρες, οχετοί, τάφροι κτλ). Τα γενικά κριτήρια σχεδιασµού που αφορούν γέφυρες, οχετούς, αντιδιαβρωτικά έργα, τοίχους αντιστήριξης, τάφρους και µικρά κανάλια υφισταµένων διωρύγων, δικτύων στραγγιστικώναρδευτικών τάφρων και αντιπληµµυρικών έργων, αναφέρονται στον επόµενο Πίνακα Τα γενικά κριτήρια σχεδιασµού που αφορούν οδούς µικρής κυκλοφορίας αναφέρονται στον Πίνακα Για το σχεδιασµό των έργων η επιλογή του συνδυασµού «ΠερίοδοςΕπαναφοράςΈκταση Κατακλυζόµενη» οδοστρώµατος συνιστάται να γίνεται µε τις υποδείξεις που αναφέρονται στους Πίνακες 2.44 και 2.45, λαµβάνοντας υπόψη και συνεκτιµώντας την κινδυνότητα που αναλαµβάνεται (βλ. Πίνακα 2.43). 23

4 Σχήµα : Τυπικές καµπύλες «έντασηςπερίοδος επαναφοράς» βροχόπτωσης (Το παρόν είναι µόνο υπόδειγµα) 24

5 Πίνακας 2.41: Γενικά κριτήρια σχεδιασµού Είδος τεχνικού έργου Ελεγχόµενα υδραυλικά χαρακτηριστικά Ελάχιστη περίοδος επαναφοράς σχεδιασµού [έτη] Γέφυρες Ελάχιστο ελεύθερο ύψος πάνω από ΑΣΥ (1) [m] ΑΣΥ* ιάβρωση (7) Συνήθως 0,60 για ροές προερχόµενες από δάση 1,001,50 (2) Οχετοί ΑΣΥ & διάβρωση βλ. Πίνακα ,30 (3) Αντιδιαβρωτικά µέτρα (σε χείµαρρους και υδατορέµατα) Τοίχοι αντιστήριξης (5) ύψους <3,00 m Τοίχοι αντιστήριξης ύψους 3,00 m Τάφροι & µικρά κανάλια (Q<1,5 m 3 /s) * ΑΣΥ: Ανωτάτη Στάθµη Υδάτων ΑΣΥ & διάβρωση βλ. Πίνακα ,30 (4) ΑΣΥ βλ. Πίνακα ,30 (4) & διάβρωση (8) ΑΣΥ ιάβρωση (8) έως 500 (6) 0,30 (4) ΑΣΥ & διάβρωση ΕΜΗΚ<400 βλ. Πίνακα 2.42 των ασφαλτικών του οδο 0,30, ή µέχρι τη στάθµη ΕΜΗΚ 400 στρώµατος εφαρµόζεται 10 (1) Λαµβάνονται υπόψη η σπουδαιότητα του τεχνικού έργου (π.χ. όταν εξυπηρετεί οδό διαφυγής σε έκτακτες συνθήκες), όπως επίσης οι τυχόν οικολογικές ανάγκες (π.χ. διέλευση πανίδας) και άλλες γεωλογικές ή γεωµορφολογικές συνθήκες. (2) Ελεύθερο ύψος είναι η κατακόρυφη απόσταση µεταξύ της ανωτάτης επιφάνειας του νερού (κατά την πληµµύρα σχεδιασµού) και της κατώτερης στάθµης του φορέα της γέφυρας. Άλλα συγκεκριµένα µεγαλύτερα ελεύθερα ύψη επιβάλλονται για τη διέλευση σκαφών κάτω από γέφυρες. (3) Ελεύθερο ύψος είναι η κατακόρυφη απόσταση µεταξύ της ανωτάτης επιφάνειας του νερού (κατά την πληµµύρα σχεδιασµού) και της επιφάνειας του οδοστρώµατος. (4) Ελεύθερο ύψος είναι η κατακόρυφη απόσταση µεταξύ της ανωτάτης επιφάνειας του νερού (κατά την πληµµύρα σχεδιασµού) και της κατώτερης στάθµης του οδοστρώµατος (σκάφης της οδού). (5) Για τοίχους αντιστήριξης τοποθετούµενους κατά µήκος της όχθης ρεµάτων ή της ευρύτερης κοίτης ποταµών. (6) Όσο το κόστος του τοίχου αντιστήριξης προσεγγίζει το κόστος µίας γέφυρας αντίστοιχου µήκους, τόσο η ελάχιστη περίοδος επαναφοράς σχεδιασµού για την προστασία από διάβρωση θα πρέπει να προσεγγίζει αντιστοίχως την επιλογή της περιόδου επαναφοράς που εφαρµόζεται για γέφυρες. (7) Όταν η πληµµυρική παροχή για 500 έτη είναι άγνωστη χρησιµοποιείται η πολλαπλάσια τιµή κατά 1,7 φορές της 100ετίας. (8) Η θεµελίωση των τοίχων πρέπει να εδράζεται επί του βραχώδους υποβάθρου ή να γίνεται τόσο βαθιά ώστε να εµποδίζεται η υποσκαφή. Εάν αυτό δεν είναι εφικτό, τότε η θεµελίωση θα πρέπει να προστατεύεται µε επένδυση λιθορριπής ή να διαθέτει ελάχιστο συντελεστή ασφαλείας 1,0 για την ελάχιστη πληµµυρική παροχή σχεδιασµού. Σε ορισµένες περιπτώσεις µπορεί η αντιδιαβρωτική προστασία να παραλείπεται, όπως µπορεί να συµβαίνει όταν υπάρχουν ευνοϊκές µορφολογικές συνθήκες στην περιοχή του ρέµατος και συνθήκες φυσικής βλάστησης αλλά και ευνοϊκή οικονοµική επικινδυνότητα (π.χ. ο τοίχος είναι µικρού κόστους και υπάρχει µια πολύ µικρή πιθανότητα διάβρωσης) από την καταστροφή του έργου. 25

6 Πίνακας 2.42: ΕΜΗΚ Ελάχιστη περίοδος επαναφοράς σχεδιασµού Προβλεπόµενη ΕΜΗΚ (1) [ΜΕΑ] (2) 0 έως έως έως έως Ελάχιστη περίοδος επαναφοράς [έτη] 1500 και άνω 25 (50) (3) (1) Ετήσια Μέση Ηµερήσια Κυκλοφορία (2) Μονάδες Επιβατηγών Αυτοκινήτων (3) Εφαρµόζεται σε χαµηλά σηµεία της οδού και οπωσδήποτε σε θέσεις όπου προβλέπεται εγκατάσταση αντλιοστασίου Συνιστάται να λαµβάνεται ως ελάχιστος χρόνος συγκέντρωσης 10 min για την εκτίµηση της βροχόπτωσης σε µέτριες κλίσεις και επιστρωµένες επιφάνειες, ενώ σε επιφάνειες που δε διαθέτουν το χαρακτηριστικό της αποθηκευτικότητας και έχουν κλίσεις µεγαλύτερες από 10% να λαµβάνεται ως ελάχιστη τιµή ίση µε 5 min. Για τον προσδιορισµό του πλέον οικονοµικού σχεδιασµού σε γεφυρώσεις ρεµάτων, σε ασυνήθως πολύπλοκες περιπτώσεις, όπως όταν υπάρχει αµφιβολία ως προς τη βέλτιστη περίοδοεπαναφοράς σχεδιασµού, ή όταν φαίνεται ότι το τεχνικό που πρόκειται να κατασκευασθεί αφορά µια µικρής σπουδαιότητας οδό, θα πρέπει να γίνεται µια οικονοµική α νάλυση (ονοµαζόµενη και ως ανάλυση κόστουςοφέλους ή οφέλουςκινδυνότητας). Μια οικονοµική ανάλυση επιτρέπει τη θεώρηση ποικιλίας συνδυασµών της περιόδουεπαναφοράς, της διαστασιολόγησης του τεχνικού, του ύψους του επιχώµατος και των συνεπακόλουθων δαπανών από ζηµιές κατά τις πληµµύρες που αντιστοίχως προκύπτουν. Εκτός από την περίπτωση που εκπονείται µια οικονοµική ανάλυση, η απόφαση για κάθε γεφύρωση ποταµού ή ρέµατος σε συνάρτηση µε την περίοδο επαναφοράς σχεδιασµού, θα πρέπει να λαµβάνεται µε βάση την υπολογιζόµενη κινδυνότητα. ηλαδή πρέπει να α ξιολογείται η κινδυνότητα που συνεπάγεται η αποδοχή ίσης ή µεγαλύτερης πληµµυρικής παροχής σχεδιασµού η οποία θα συµβαίνει κατά τη διάρκεια της ζωής του τεχνικού. Αυτή η κινδυνότητα εκφράζεται από τη σχέση: p = 1 (1 1/F) N όπου: F N [έτη] : περίοδος επαναφοράς [έτη] : χρόνος ζωής του τεχνικού (2.41) p [ ] : πιθανότητα υπέρβασης της πληµµυρικής παροχής στη διάρκεια ζωής του τεχνικού Ένα παράδειγµα, από τον επόµενο Πίνακα 2.43 δείχνει ότι υπάρχει πιθανότητα π.χ. 99% κινδυνότητας υπέρβασης της πληµµυρικής παροχής για 10ετή περίοδο επαναφοράς, µια φορά κατά τη διάρκεια των 50 ετών ζωής ενός οχετού, ή π.χ. πιθανότητα 39% κινδυνότητας υπέρβασης της πληµµυρικής παροχής για 100ετή περίοδο επαναφοράς, για τον ίδιο 26

7 χρόνο ζωής του τεχνικού. Έτσι, ένας οχετός σχεδιασµένος για 10ετή περίοδο επαναφοράς θα είναι πολύ ευάλωτος για να καταστραφεί κατά τη διάρκεια της ζωής του εκτός εάν, είτε αυτός είναι κλειστού τύπου (κιβωτοειδής) είτε είναι δυνατή, χωρίς καταστροφικές συνέπειες, η υπερπήδηση της οδού από τη ροή κατά τη διάρκεια µεγάλων πληµµύρων. Πίνακας 2.43: Πιθανότητα p υπέρβασης της περιόδου επαναφοράς σχεδιασµού # Μέση περίοδος επαναφοράς [έτη] Πιθανότητα p υπέρβασης της περιόδου επαναφοράς µέσα στα N έτη ζωής του τεχνικού έργου Ν=2,33 Ν=5 Ν=10 Ν=25 Ν=50 Ν= ,33 73% 94% 100% 100% 100% 100% % 67% 89% 100% 100% 100% % 41% 65% 93% 99% 100% % 18% 34% 64% 87% 98% % 10% 18% 42% 64% 87% % 5% 10% 22% 39% 63% <1% <1% 1% 2% 5% 10% Οταν στη θέση οχετού σε βαθιές µισγάγγειες, το επίχωµα της οδού είναι υψηλό και το βάθος νερού, για επεισόδιο πληµµύρας 100ετίας, υπερβαίνει τα 6 έως 8 m, τότε το επίχωµα θα λειτουργήσει ως εµπόδιο, εποµένως θα πρέπει να διερευνηθεί και εκτιµηθεί ο κίνδυνος στην περίπτωση µιας µεγαλύτερης πληµµύρας ή µιας έµφραξης του οχετού από φερτά. Σε µερικές περιπτώσεις θα πρέπει να εξετάζεται ως εναλλακτικός σχεδιασµός, αντί της κατασκευής µεγάλων τεχνικών έργων ή αλλαγής της µηκοτοµής της οδού, η λήψη µέτρων διάφορων ανακουφιστικών µέτρων, µε πρόσθετους αγωγούς πάνω από τη στέψη του απαιτούµενου τεχνικού του οποίου οι διαστάσεις έχουν υπολογισθεί µε την παροχή σχεδιασµού. Για σηµαντικά τεχνικά έργα, ανεξαρτήτως της χρησιµοποιούµενης περιόδου επαναφοράς για το σχεδιασµό (βλ. Πίνακα 2.45), πρέπει να ελέγχονται οι επιπτώσεις, στον περιβάλλοντα χώρο της οδού από τη στάθµη πληµµύρας για µεγαλύτερη περίοδο επαναφοράς. Αυτές οι επιπτώσεις πρέπει να αξιολογούνται στα αρχικά στάδια της µελέτης και να συνεκτιµώνται στην τεχνοοικονοµική θεώρηση του έργου. 27

8 Πίνακας 2.44: Κανόνες επιλογής «Περιόδου Επαναφοράς Έκτασης Κατακλυζόµενης» για το σχεδιασµό αποχέτευσης οδοστρωµάτων Περίοδος επαναφ. Επιτρεπόµενη έκταση κατακλυσµένη Λειτουργικά χαρακτηριστικά οδών (βλ. ΟΜΟΕΛΚΟ, Πιν. 24) [έτη] (3) Α Β Γ Ε Κατηγορία οδού Οµάδα οδών 50 Χαρακτηρισµός οδού οδοί που διατρέχουν περιοχές εκτός σχεδίου (υπεραστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε περιορισµούς στην εξυπηρέτηση παρόδιων ιδιοκτησιών Σηµείωση : Η κατηγορία ΑΙ αφορά οδούς σύνδεσης ευρύτερων περιοχών και οι οποίες δεν παρέχουν άµεση εξυπηρέτηση στις παρόδιες ιδιοκτησίες οδοί που διατρέχουν περιοχές εντός σχεδίου (ηµιαστικές και αστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε περιορισµούς στην εξυπηρέτηση των παρόδιων ιδιοκτησιών Σηµείωση : Οι οδοί κατηγορίας ΒΙ και ΒΙΙ δεν παρέχουν άµεση εξυπηρέτηση στις Α I Α II Α III Α IV Α V AVI Αυτοκινητόδροµος (1) Οδός ταχείας κυκλοφορίας (1) Οδός µεταξύ νοµών/επαρχιών (1) Οδός µεταξύ επαρχιών/οικισµών (1) Οδός µεταξύ µικρών οικισµών Συλλεκτήρια οδός (2) ευτερεύουσα οδός Αγροτική οδός Τριτεύουσα οδός ασική οδός Ερείσµατα, ΛΕΑ, ή λωρίδα στάθµευσης ½ Εξωτερικής λωρίδας Τοπική απόφαση Β Ι Αστικός αυτοκινητόδροµος (1) Β ΙΙ Αστική οδός ταχείας κυκλοφορίας (1) Β ΙΙΙ Αστική αρτηρία παρόδιες ιδιοκτησίες Β ΙV Κύρια συλλεκτήρια οδός οδοί που διατρέχουν περιοχές εκτός ή εντός σχεδίου (περιαστικές και Γ ΙΙΙ Αστική αρτηρία αστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε δυνατότητα εξυπηρέτησης των παρόδιων ιδιοκτησιών Γ ΙV Κύρια συλλεκτήρια οδός ΙV Συλλεκτήρια οδός οδοί σε περιοχές εντός σχεδίου (αστικές) µε βασική λειτουργία την πρόσβαση V Τοπική οδός Ε V Τοπική οδός οδοί σε περιοχές εντός σχεδίου (αστικές) µε βασική λειτουργία την παραµονή Ε VΙ Τοπική οδός κατοικιών Γενική παρατήρηση: Σε όλες τις οδούς µε χαµηλά σηµεία όπου απαιτείται αντλιοστάσιο ότι και στα συνεχόµενα τµήµατα της ίδιας οδού (1) περιλαµβάνονται συνδετήριοι κλάδοι και άλλοι κύριοι κλάδοι κόµβων (3) βλ. και κεφάλαιο 10, αποχέτευση καταστρώµατος γεφυρών (2) περιλαµβάνονται δευτερεύουσας σηµασίας κλάδοι κόµβων 28

9 Πίνακας 2.45 : Κανόνες επιλογής τυπικής περιόδου επαναφοράς για διαστασιολόγιση οχετών και γεφυρών Α Β Γ Ε Σηµειώσεις Λειτουργικά χαρακτηριστικά οδών Κατηγορία οδού Οχετός µε συνολικό Οµάδα οδών άνοιγµα 6 m Χαρακτηρισµός οδού οδοί που διατρέχουν περιοχές εκτός σχεδίου (υπεραστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε περιορισµούς στην εξυπηρέτηση παρόδιων ιδιοκτησιών Σηµείωση : Η κατηγορία ΑΙ αφορά οδούς σύνδεσης ευρύτερων περιοχών και οι οποίες δεν παρέχουν άµεση εξυπηρέτηση στις παρόδιες ιδιοκτησίες οδοί που διατρέχουν περιοχές εντός σχεδίου (ηµιαστικές και αστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε περιορισµούς στην εξυπηρέτηση των παρόδιων ιδιοκτησιών Σηµείωση : Οι οδοί κατηγορίας ΒΙ και ΒΙΙ δεν παρέχουν άµεση εξυπηρέτηση στις Α I Α II Α III Α IV Α V AVI Β Ι Β ΙΙ Β ΙΙΙ Αυτοκινητόδροµος Οδός ταχείας κυκλοφορίας Οδός µεταξύ νοµών/επαρχιών Οδός µεταξύ επαρχιών/οικισµών Οδός µεταξύ µικρών οικισµών. Συλλεκτήρια οδός ευτερεύουσα οδός. Αγροτική οδός Τριτεύουσα οδός. ασική οδός Αστικός αυτοκινητόδροµος Αστική οδός ταχείας κυκλοφορίας Αστική αρτηρία παρόδιες ιδιοκτησίες Β ΙV Κύρια συλλεκτήρια οδός Γ ΙΙΙ Αστική αρτηρία οδοί που διατρέχουν περιοχές εκτός ή εντός σχεδίου (περιαστικές και αστικές) µε βασική λειτουργία τη σύνδεση και µε δυνατότητα εξυπηρέτησης των παρόδιων ιδιοκτησιών Γ ΙV Κύρια συλλεκτήρια οδός ΙV Συλλεκτήρια οδός οδοί σε περιοχές εντός σχεδίου (αστικές ) µε βασική λειτουργία την πρόσβαση V Τοπική οδός Ε V Τοπική οδός οδοί σε περιοχές εντός σχεδίου (αστικές ) µε βασική λειτουργία την παραµονή Ε VΙ Τοπική οδός κατοικιών Περίοδος επαναφοράς [έτη] Γέφυρες και οχετοί µε συνολικό άνοιγµα >6 m Συνολικό άνοιγµα ορίζεται το άθροισµα των επιµέρους ανοιγµάτων διαµέτρων αντιστοίχως για γέφυρες πολλαπλών ανοιγµάτων ή πολύξιµων οχετών είτε ορθογωνικής είτε κυκλικής ή άλλου σχήµατος διατοµής. Οι αναγραφόµενες περίοδοι επαναφοράς θα πρέπει να αναπροσαρµόζονται ανάλογα µε τα κριτήρια: α. οι συνέπειες από πληµµύρες στη γειτονική περιοχή είναι ασυνήθως σοβαρές (π.χ. να εξετάζονται οι συνέπειες για περίοδο επαναφοράς 100ετίας σε οχετούς και γέφυρες), β. η κατηγορία της οδού πρόκειται να αναβαθµισθεί ή υποβαθµισθεί µετά την κατασκευή, γ. η οδός εξυπηρετεί εξαιρετικά µικρούς κυκλοφοριακούς φόρτους

10 2.4.2 Σχέση έντασης βροχόπτωσης µε ορατότητα Με πειραµατικές έρευνες που έγιναν αποδείχθηκε ότι βροχόπτωση µε λιγότερη από 50 mm/h η ορατότητα του οδηγού περιορίζεται στα m. Η εξίσωση που συσχετίζει την ένταση βροχόπτωσης µε την ορατότητα του οδηγού και την ταχύτητα του οχήµατος (lvey, et al., 1975) είναι: S V = /(i 0,68 V) (2.4.21) όπου: S V [m] i : η ορατότητα οδηγού [mm/h] : η ένταση βροχόπτωσης V [km/h] : η ταχύτητα οχήµατος Με την εν λόγω εξίσωση µπορεί να υπολογίζεται η ένταση βροχόπτωσης η οποία αντιστοιχεί σε συγκεκριµένο µήκος ορατότητας. ηλαδή αντικαθιστώντας το S V µε το ελάχιστο µήκος ορατότητας για κάθε ταχύτητα διαπιστώνεται εάν ο οδηγός υπό συγκεκριµένη ένταση βροχής µπορεί να οδηγεί µε τη συγκεκριµένη ταχύτητα. Το γεγονός αυτό οδηγεί στο συµπέρασµα ότι είναι περιττή πολυτέλεια η αποφυγή του κατακλυσµού µέρους των κυκλοφορούµενων λωρίδων υπό συνθήκες µεγάλης έντασης βροχόπτωσης ( 100 mm/h). Οι τιµές της έντασης που είναι κρίσιµες για κάθε ταχύτητα οχήµατος περιλαµβάνονται στον επόµενο Πίνακα Πίνακας : Κρίσιµες τιµές έντασης βροχόπτωσης Ταχύτητας οχήµατος Ταχύτητα οχήµατος V [km/h] Απαιτούµενο µήκος ορατότητας στάσης* S V [m] Μέγιστη ένταση βροχόπτωσης** i [mm/h] * µήκος ορατότητας σε κατά µήκος κλίση 0% (βλ. ΟΜΟΕΧ) ** αυτή εξασφαλίζει το ελάχιστο µήκος ορατότητας για την ταχύτητα οχηµάτων της στήλης (1) Οταν λοιπόν συντρέχουν τέτοια δεδοµένα, δηλαδή η παροχή σχεδιασµού προκύπτει µε ένταση βροχόπτωσης i 100 mm/h, θα πρέπει να συµφωνείται µεταξύ Μελετητή και Υπηρεσίας, ποιο είναι το αποδεκτό πλάτος κατακλυσµού (µέρος λωρίδας κυκλοφορίας ή ολόκληρη). Σε αυτοκινητόδροµο π.χ. ανάλογα µε τον αριθµό λωρίδων κυκλοφορίας για την εξεταζόµενη κατεύθυνση: Κατεύθυνση µε 3 λωρίδες Επιτρέπεται ο κατακλυσµός, είτε ολόκληρης της εσωτερικής (πλευρά της κεντρικής νησίδας) λωρίδας, είτε µέρους της εξωτερικής λωρίδας πλάτους µέχρις 1 m. Κατεύθυνση µε 2 λωρίδες 210

11 Επιτρέπεται ο κατακλυσµός πλάτους µέχρις 1 m, είτε της εξωτερικής, είτε της εσωτερικής λωρίδας, ή ακόµη και ολόκληρης της εσωτερικής λωρίδας όταν η «στάθµη εξυπηρέτησης» (LOS) της κυκλοφορίας δεν υποβαθµίζεται κάτω από τη στάθµη D για φόρτο ίσο µε το 8% της ΕΜΗΚ (Ετήσια Μέση Ηµερήσια Κυκλοφορία). Για όλες αυτές τις αποφάσεις πρέπει να επιβεβαιώνεται ότι στη µελέτη οδοποιίας έχει γίνει ο απαιτούµενος έλεγχος ορατότητας για στάση και ότι µε βάση αυτόν έχει προσδιορισθεί το πλάτος του σταθεροποιηµένου ερείσµατος στην πλευρά της κεντρικής νησίδας (όταν αυτή υλοποιείται µε στηθαία NJ) Σχέση έντασης βροχόπτωσης µε συνθήκες υδροολίσθησης Η πρόληψη της υδρολίσθησης βασίζεται σε κριτήρια που αφορούν στο σχεδιασµό του ο δοστρώµατος και της γεωµετρίας της χάραξης για την ελαχιστοποίηση του φαινοµένου. Μια εµπειρική εξίσωση για την ταχύτητα του οχήµατος που προκαλεί την έναρξη της υ δρολίσθησης είναι (Gallaway, et al., 1979): 0,04 0,3 V a SD Pt + όπου: AT1 0,06 ( TD 1) AT = (2.4.31) A T : µια εµπειρική καµπύλη που προσοµοιάζει στη µεγαλύτερη από τις δυο τιµές: 10,409 28,952 0,14 = + 3,507, ή A 0,06 T2 = 7,817 TXD 0,06 (2.4.32) d d όπου (η εξίσωση είναι γραµµένη σε αγγλοσαξωνικές µονάδες): V [mi/h] : η ταχύτητα του οχήµατος TD TXD [in] [1/32 in ] : το βάθος πέλµατος ελαστικού : το βάθος της υφής της επιφάνειας κυκλοφορίας d [in] : το πάχος του υµένα του νερού P t [psi] : η πίεση του ελαστικού SD [ ] : ποσοστό «σπιναρίσµατος», η υδροολίσθηση θεωρείται ότι αρχίζει στο 10% του σπιναρίσµατος. Αυτό συµβαίνει όταν ο τροχός περιστρέφεται 1,1 φορές του µήκους της περιφέρειας του προκειµένου να προχωρήσει σε µήκος όσο είναι το µήκος της περιφέρειας του τροχού. Πρακτικώς υπολογίζεται η ένταση της βροχόπτωσης στην οποία συµβαίνει η υδροολίσθηση όπως περιγράφεται στην Ορθολογική Μέθοδος Εξίσωση και παραδοχές Μια από τις πλέον συνήθεις εξισώσεις για την εκτίµηση της µέγιστης ροής είναι η εξίσωση της ορθολογικής µεθόδου: Q = CiA/3,6 (2.5.11) 211

12 όπου: Q [m 3 /s] : Μέγιστη τιµή ποσότητας απορροής C [ ] : Συντελεστής απορροής που εξαρτάται από την κάλυψη της λεκάνης απορροής i [mm/h] : Μέση ένταση βροχόπτωσης, για επιλεγµένη περίοδο επαναφοράς και για διάρκεια ίση προς το χρόνο συγκέντρωσης A [km 2 ] : Επιφάνεια λεκάνης, που συνεισφέρει την απορροή της στο σηµείο υπό µελέτη Η ορθολογική εξίσωση προϋποθέτει ότι εάν µια οµοιόµορφη βροχόπτωση έντασης i πέφτει επάνω σε µια έκταση µεγέθους Α, η µέγιστη τιµή απορροής στο σηµείο εξόδου της αποχετευόµενης έκτασης θα συµβαίνει όταν όλα τα µέρη της έκτασης συνεισφέρουν στην απορροή, οπότε ο ρυθµός απορροής γίνεται σταθερός. Ο απαιτούµενος χρόνος για να φθάσει η απορροή από το πλέον αποµακρυσµένο (υδραυλικώς) σηµείο (από το οποίο ο χρόνος ροής είναι ο µέγιστος) της αποχετευόµενης έκτασης στο σηµείο εξόδου της ή στο εξεταζόµενο σηµείο, ονοµάζεται χρόνος συγκέντρωσης t c. Στην πραγµατικότητα η απορροή είναι περισσότερο σύνθετη από ότι δείχνεται µε την ορθολογική εξίσωση. Η ένταση της βροχόπτωσης σπανίως είναι η ίδια στην έκταση µιας µεγάλης επιφάνειας ή ακόµη σε όλη τη χρονική διάρκεια µιας βροχόπτωσης. Ακόµη και αν συµβαίνει µια βροχόπτωση οµοιόµορφης έντασης µε διάρκεια ίση µε το χρόνο συγκέντρωσης σε όλα τα µέρη της αποχετευόµενης λεκάνης απορροής, η τιµή της απορροής θα ποικίλει στα διάφορα µέρη της λεκάνης, επειδή υπάρχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας του εδάφους και µη οµοιόµορφες προηγούµενες συνθήκες (π.χ. µπορεί σε µέρος της λεκάνης το έδαφος να είναι ήδη κορεσµένο σε σχέση µε τα άλλα µέρη αυτής). Κάτω από ορισµένες συνθήκες η µέγιστη τιµή της απορροής συµβαίνει προτού όλα τα µέρη της λεκάνης να συνεισφέρουν τα νερά τους. Η προσωρινή αποθήκευση των οµβρίων στη διαδροµή τους προς καθορισµένες τάφρους αλλά και µέσα σε αυτές τις ίδιες, συνεπάγεται µια αξιοσηµείωτη µείωση στη µέγιστη παροχή της ροής, εκτός αν η λεκάνη είναι πολύ µικρής έκτασης. Το σφάλµα στην εκτίµηση της απορροής αυξάνεται καθώς το µέγεθος της λεκάνης αυξάνεται. Για αυτούς τους λόγους, η ορθολογική µέθοδος θα πρέπει να ακολουθείται προκειµένου να προσδιορίζεται η τιµή της απορροής από µεγάλες λεκάνες α πορροής. Για το σχεδιασµό των έργων αποχέτευσης της οδού, η χρήση της ορθολογικής µεθόδου θα πρέπει να περιορίζεται για λεκάνες έκτασης µέχρι 0,8 km 2. Η χρήση της ορθολογικής µεθόδου προϋποθέτει τις παραδοχές που συνοπτικά είναι: (1) Η µέγιστη ροή (αιχµή πληµµύρας) συµβαίνει όταν όλη η λεκάνη συνεισφέρει τα νερά της στο εξεταζόµενο σηµείο. (2) Η ένταση βροχόπτωσης είναι οµοιόµορφη στη διάρκεια χρόνου ίσου µε το χρόνο συγκέντρωσης, ο οποίος είναι ο απαιτούµενος χρόνος για το νερό να ταξιδεύσει από το πλέον υδραυλικώς αποµακρυσµένο σηµείο στο σηµείο εξόδου ή στο σηµείο που ενδιαφέρει. Σηµειώνεται ότι το πλέον υδραυλικώς αποµακρυσµένο σηµείο προσδιορίζεται από το χρόνο ροής και όχι απαραιτήτως από την απόσταση του από την εξεταζόµενη θέση. 212

13 (3) Η συχνότητα της υπολογιζόµενης αιχµής πληµµύρας είναι ίση µε τη συχνότητα της έντασης της βροχόπτωσης. Με άλλα λόγια, η 10ετής ένταση βροχόπτωσης θεωρείται ότι παράγει τη 10ετή πληµµύρα. (4) Ο ρυθµός της απορροής που προκύπτει από οποιαδήποτε ένταση βροχής είναι µέγιστος όταν αυτή η βροχή διαρκεί τόσο ή περισσότερο από τον χρόνο συγκέντρωσης. (5) Η µέγιστη απορροή προκύπτει από µια ένταση βροχόπτωσης µε µια διάρκεια ίση ή µεγαλύτερη από το χρόνο συγκέντρωσης, δηλαδή είναι απόσπασµα µιας τέτοιου µεγέθους έντασης βροχόπτωσης, εφόσον υποτίθεται ότι η παροχή είναι ανάλογη της έντασης και ότι Q=0 όταν i=0. (6) Η συχνότητα των αιχµών παροχής είναι ή ίδια µε την συχνότητα της έντασης βροχόπτωσης για το δεδοµένο χρόνο συγκέντρωσης. (7) Η σχέση µεταξύ των αιχµών παροχής και του µεγέθους της επιφάνειας αποχέτευσης είναι ίδια όπως και η σχέση µεταξύ της διάρκειας και της έντασης βροχόπτωσης. (8) Ο συντελεστής απορροής είναι ίδιος για καταιγίδες µε διαφορετικές εντάσεις. (9) Ο συντελεστής απορροής είναι ίδιος για όλες τις βροχοπτώσεις σε µια δεδοµένη λεκάνη απορροής». Η ορθολογική µέθοδος συνιστάται υπό τις ακόλουθες προϋποθέσεις και εφόσον υπάρχουν τα δεδοµένα που απαιτούνται. Προϋποθέσεις µικρή λεκάνη επιφάνειας 0,8 (max1,3) km 2 (για αστικές λεκάνες επιφάνεια 2 km 2 ) χρόνος συγκέντρωσης t<1 ώρα διάρκεια βροχόπτωσης t βροχόπτωση οµοιοµόρφως κατανεµηµένη στο χρόνο και στο χώρο απορροή περιλαµβάνει κυρίως διάχυτη ε πιφανειακή ροή αµελητέα αποθηκευτικότητα σε τάφρους Συντελεστής απορροής Απαιτούµενα δεδοµένα µέγεθος επιφάνειας λεκάνης χρόνος συγκέντρωσης ένταση βροχόπτωσης συντελεστής απορροής Ο συντελεστής απορροής C στην ορθολογική εξίσωση αντιπροσωπεύει το ποσοστό των νερών που θα διασχίσουν την επιφάνεια της αποχετευόµενης λεκάνης, κατά τη διάρκεια της βροχόπτωσης, και θα φτάσουν στο εξεταζόµενο σηµείο συγκέντρωσης της ροής. Το υπολειπόµενο ποσοστό της βροχόπτωσης που δε φτάνει (χάνεται) στο σηµείο συγκέντρωσης συντίθεται από τα µέρη των νερών που διηθούνται στο έδαφος, απορροφούνται από τη βλάστηση, εξατµίζονται και κατακρατούνται στις επιφανειακές κοιλότητες ή γενικά στα χαµηλά σηµεία της επιφάνειας του εδάφους. 213

14 Σε περιοχές εκτός ανάπτυξης (οδοί υπεραστικέςοµάδα Οδών Α, οδοί περιαστικέςοµάδα Οδών Γ, βλ. ΟΜΟΕΛΚΟ ), το πεδίο των τιµών του συντελεστή απορροής C, καθορίζεται µε βάση τα τέσσερα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του εδάφους που είναι: το ανάγλυφο, η διηθητικότητα, η φυτική κάλυψη και η αποθηκευτική ικανότητα σε χαµηλά σηµεία της επιφάνειας του εδάφους. Ο συντελεστής απορροής υπολογίζεται ως το άθροισµα των επιµέρους συντελεστών C r, C i, C v, C s που λαµβάνονται από τον Πίνακα και αντιστοιχούν στα προαναφερόµενα τέσσερα χαρακτηριστικά της επιφάνειας εδάφους της εξεταζόµενης λεκάνης. Σε περιοχές αναπτυγµένες ο συντελεστής απορροής λαµβάνεται από τον επόµενο Πίνακα Παρατήρηση: Οι συντελεστές των εν λόγω πινάκων έχουν εφαρµογή σε υπολογισµούς για περιόδους επαναφοράς 510 έτη. Για µεγαλύτερες περιόδους επαναφοράς δηλαδή, υψηλότερες ε ντάσεις βροχόπτωσης, συνήθως απαιτείται διόρθωση των τιµών των πινάκων επειδή η διηθητικότητα καθώς και τα άλλα χαρακτηριστικά της επιφάνειας της αποχετευόµενης λεκάνης τα οποία αποµειώνουν την απορροή έχουν µια αναλογικά µικρότερη επίδραση στο συνολικό όγκο της απορροής. Η διόρθωση της εξίσωσης της ορθολογικής µεθόδου επιτυγχάνεται πολλαπλασιάζοντας τον υπολογιζόµενο συντελεστή C µε το συντελεστή C f (βλ. Πίνακα ) διατηρώντας όµως σε κάθε περίπτωση ως µέγιστη τιµή του αποτελέσµατος του πολλαπλασιασµού C x C f = 1,0. Πίνακας : Συντελεστής διόρθωσης αναλόγως µε περίοδο επαναφοράς Περίοδος επαναφοράς Συντελεστής διόρθωσης C f 1,10 1,20 1,25 Παράδειγµα εδοµένα: α. Λοφώδες έδαφος µε κλίσεις ~5% β. αργιλικό έδαφος γ. καλή χοοκάλυψη δ. συνήθεις ταπεινώσεις επιφάνειας Για περίοδο επαναφοράς 10ετη Λύση: Ανάγλυφο ιηθητικότητα Φυτική κάλυψη Αποθηκευτικότητα Συντελεστής C r =0,14 C i =0,08 C v =0,04 C s =0,06 C =0,32 214

15 Πίνακας : Συντελεστές απορροής σε λεκάνες εκτός αναπτυγµένων περιοχών Τιµές συντελεστή απορροής Χαρακτηριστικά επιφάνειας εδάφους ακραίες υψηλές συνήθεις χαµηλές # C r 0,28 0,35 0,20 0,28 0,14 0,20 0,08 0,14 Ανάγλυφο εδάφους επικλινές, ανώµαλες επιφάνειες µε µέσες κλίσεις >30% λοφώδες, µε µέσες κλίσεις 10 30% κυµατώδες µε µέσες κλίσεις 5 10% σχετικά επίπεδο, µε µέσες κλίσεις 05% 2 C i 0,12 0,16 0,08 0,12 0,06 0,08 0,04 0,06 ιηθητικότητα εδάφους µη επηρεαζόµενο κάλυµµα εδάφους, είτε βραχώδες είτε µανδύας λεπτόκκοκου εδάφους αµελητέας διηθητικότητας βραδείας διηθητικότητας, άργυλοι ή αβαθή παχιά εδάφη χαµηλής διηθητικότητας, ατελώς ή πολύ µικρής αποστραγγιστικότητας κανονικής διηθητικότητας καλά α ποστραγγιζόµενο µικρής ή µεσαίας µακροϋφής εδάφη, αµµώδη παχιά εδάφη, ιλύες και ιλυώδη εδάφη υψηλής διηθητικότητας βαθιά άµµος ή άλλο έδαφος που απορροφά το νερό, πολύ ελαφριά καλά αποστραγγιζόµενα εδάφη 3 C v 0,120,16 0,080,12 0,060,08 0,040,06 Φυτική κάλυψη εδάφους βλάστηση που δεν επηρεάζει, γυµνό ή πολύ αραιά κάλυψη πτωχή έως µέτρια, καθαρές καλλιέργειες ή πτωχής φυσικής κάλυψης, λιγότερο από 20% της α ποχετευόµενης επιφάνειας µε καλή κάλυψη µέτρια έως καλή, περίπου 50% της επιφάνειας είναι καλή φυτική γη ή δασώδες, λιγότερο από 50% επιφάνειας είναι καλλιέργειες καλή έως άριστη, περίπου 90% της αποχετευόµενης επιφάνειας είναι καλή φυτική γη, δασώδες ή ισοδύναµης κάλυψης 4 C s 0,100,12 0,080,10 0,060,08 0,040,06 Αποθηκευτικότητα επιφάνειας εδάφους αµελητέες ταπεινώσεις εδάφους και αβαθείς, διάδροµοι αποστράγγισης επικλινείς και µικροί, καθόλου τέλµατα χαµηλή, καλά οριζόµενο σύστη µα διαδρόµων αποστράγγισης, όχι λιµνάζοντα νερά ή τέλµατα κανονική, σηµαντικές επιφανειακές ταπεινώσεις, λιµνάζοντα νερά και τέλµατα υψηλή, αποθηκευτικότητα, σύστηµα αποστράγγισης όχι καλά οριζόµενο, µεγάλος αριθ µός πληµµυριζό µενων επιφανειών ή τελµάτων Σηµείωση: Για περίοδο επαναφοράς >10ετη εφαρµόζεται στις προαναφερόµενες τιµές διόρθωση πολλαπλασιάζοντας αυτές µε το συντελεστή C f, όµως σε κάθε περίπτωση ως µέγιστη τιµή του αποτελέσµατος του πολλαπλασιασµού λαµβάνεται C x C f = 1,0 (βλ. Πίνακα ). 215

16 Πίνακας : Συντελεστής απορροής λεκανών αναπτυγµένων περιοχών Είδος επιφάνειας εδάφους Τιµές συντελεστή C # Περιοχή επιχειρήσεων: α. κέντρο πόλης 0,70 0,95 β. έκταση γειτονίας 0,50 0,70 2 Περιοχή κατοικίας: α. µονοκατοικίες 0,30 0,50 β. πολυκατοικίες πανταχόθεν ελεύθερες 0,40 0,50 γ. πολυκατοικίες συνεχούς συστήµατος 0,60 0,75 3 Περιοχή βιοµηχανίας: α. ελαφριάς 0,50 0,80 β. βαριάς 0,60 0,90 4 Πάρκα, Κοιµητήρια: 0,10 0,25 5 Αθλοπαιδιές: 0,20 0,40 6 Υπαίθριοι χώροι σιδηροδροµικών σταθµών: 0,20 0,40 7 Αδιαµόρφωτες επιφάνειες: 0,10 0,30 8 Επιφάνειες γκαζόν: α. αµµώδες έδαφος, επίπεδων κλίσεων <2% 0,05 0,10 β. αµµώδες έδαφος, µέσων κλίσεων 27% 0,10 0,15 γ. αµµώδες έδαφος, εντόνων κλίσεων >7% 0,15 0,20 δ. σύνηθες έδαφος, επίπεδων κλίσεων <2% 0,13 0,17 ε. σύνηθες έδαφος, µέσων κλίσεων 27% 0,18 0,25 ζ. σύνηθες έδαφος, εντόνων κλίσεων >7% 0,25 0,35 9 Επιφάνειες οδοστρώµατος Οδών: α. Οδόστρωµα ασφαλτικό 0,70 0,95 β. Οδόστρωµα σκυροδέµατος 0,80 0,95 γ. Οδόστρωµα πλακολίθων 0,70 0,85 δ. Οδόστρωµα αµµοχαλίκου 0,75 0,85 10 Σκεπές κτισµάτων: 0,75 0,95 Σηµείωση: Για περίοδο επαναφοράς >10ετη εφαρµόζεται στις προαναφερόµενες τιµές διόρθωση πολλαπλασιάζοντας αυτές µε το συντελεστή C f, όµως σε κάθε περίπτωση ως µέγιστη τιµή του αποτελέσµατος του πολλαπλασιασµού λαµβάνεται C x C f = 1,0 (βλ. Πίνακα ). 216

17 Όπου η λεκάνη απορροής συντίθεται από διαφορετικά είδη εδάφους, ο συντελεστής α πορροής υπολογίζεται ως ο µέσος συντελεστής των διαφορετικών τµηµάτων της λεκάνης (βλ. παράδειγµα πρόβληµα 2.1 που ακολουθεί). Εντούτοις η ακρίβεια της ορθολογικής µεθόδου είναι καλύτερη όταν η χρήση γης είναι ενιαία σε όλη την έκταση της λεκάνης. Συνθήκες ουσιαστικής διαφοράς χρήσεων γης µπορεί να οδηγήσουν σε ασυνεπείς εκτι µήσεις του χρόνου συγκέντρωσης και ως εκ τούτου της έντασης, καθώς και σε σφάλµατα στον προσδιορισµό του πλέον κατάλληλου C Χρόνος συγκέντρωσης Ο χρόνος συγκέντρωσης, όπως ορίζεται προηγουµένως, ποικίλει αναλόγως µε το µέγεθος και το σχήµα της λεκάνης απορροής, την κλίση του εδάφους, το είδος της επιφάνειας, την ένταση της βροχόπτωσης, καθώς και το εάν η ροή διαχέεται σε όλη την επιφάνεια ή γίνεται µέσα σε τάφρους. Ο χρόνος συγκέντρωσης µπορεί να θεωρείται ως το άθροισµα του χρόνου της ροής επάνω στην επιφάνεια του εδάφους και των χρόνων της ροής µέσα σε ρείθρα τάφρους, υπονόµους, κτλ. Πρακτικώς, ο χρόνος συγκέντρωσης είναι ο χρόνος που ταξιδεύει ένα κύµα, καθώς ανθίστατται στην ταχύτητα του νερού, από το πλέον υδραυλικώς αποµακρυσµένο σηµείο µέχρι τη θέση που εξετάζεται. Εντούτοις, οι αβεβαιότητες για την πραγµατική διαδροµή της ροής στην επιφάνεια του εδάφους, η τραχύτητα, η κλίση και οι µεταβολές της βροχόπτωσης (χρονικά και χωρικά) εµποδίζουν τόσο για τη διάκριση όσο και για την ακρίβεια ο ποιουδήποτε υπολογισµού. Η εξαιρετική ακρίβεια δεν µπορεί να είναι εγγυηµένη κατά τον προσδιορισµό του χρόνου συγκέντρωσης, ειδικά για την µελέτη εγκαταστάσεων αποχέτευσης µικρών επιφανειών. Εντούτοις, επειδή η παροχή αιχµής είναι γενικά ευαίσθητη ως προς το χρόνο συγκέντρωσης, θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή εάν από τον υπολογισµό αυτό αποκτάται η καταλληλότερη τιµή. Παράδειγµα πρόβληµα 2.1 Τάφρος Οδόστρωµα Λεκάνη 125 m 3.5 m 8 m 60 m εδοµένα: Μια τάφρος ποδός συλλέγει την απορροή από το οδόστρωµα και µια πλευρική λεκάνη απορροής. Η συνεισφέρουσα έκταση έχει µια οµοιόµορφη διατοµή ως εξής: 3,50 m ασφαλτικού οδοστρώµατος 8,00 m συνολικό πλάτος επιφάνειας αµµοχάλικου που είναι το έρεισµα και η τάφρος µε τα πρανή της 60,00 m δασωµένη εξωτερική λεκάνη 125,00 m συνολικό µήκος της επιφάνειας 217

18 Ζητούµενα: Ο συντελεστής απορροής C Λύση: Είδος επιφάνειας C [ ] Επιφάνεια Ε [m 2 ] Ανηγµένη Επιφάνεια C x Ε [m 2 ] Ασφαλτικό οδόστρωµα 0, Έρεισµα, τάφρος και τα πρανή της 0, ασωµένη λεκάνη απορροής 0, Άθροισµα Μέσος σταθµισµένος συντελεστής C=3 144/8 938=0,35 Για την εκτίµηση του χρόνου συγκέντρωσης υπάρχει ένα πλήθος από εµπειρικές εξισώσεις. Όταν η αποχετευόµενη επιφάνεια περιλαµβάνει διαφορετικές διαδροµές ροής, ο χρόνος συγκέντρωσης είναι το άθροισµα των επιµέρους χρόνων που υπολογίζονται για κάθε διαδροµή του νερού. Ο χρόνος διαδροµής στο ρείθρο στον υπόνοµο και στην τάφρο τυπικώς εκτιµάται από τη βασική υδραυλική εξίσωση t=απόσταση/ταχύτητα. Η ταχύτητα σε αβαθείς συγκεντρώσεις ροής µπορεί να εκτιµάται από το διάγραµµα του Σχήµατος Η εξίσωση της κινηµατικής των κυµάτων Για ροή διάχυτη επάνω στην επιφάνεια του εδάφους, η πλέον ορθή προσέγγιση υπολογισµού βασίζεται στη θεωρεία της κινηµατικής των κυµάτων: 0,6 0,6 6,92 n L i0,4 S0,3 t = (2.5.31) όπου: t [min] : ο χρόνος συγκέντρωσης L [ m ] : το µήκος επιφανειακής ροής, η λεκάνη πρέπει να έχει µήκος <91 m, προσφάτως η έρευνα υποδεικνύει µικρότερα µήκη ~30 m, n [s/m 1/3 ] : ο συντελεστής τραχύτητας του Manning, για επιστρωµένες επιφάνειες η τιµή n συνήθως λαµβάνεται όπως για λείες επιφάνειες (π.χ. 0,016) i [mm/h] : η ένταση βροχόπτωσης S [m/m] : η µέση κλίση της επιφάνειας απορροής Η επίλυση αυτής της εξίσωσης γίνεται µε παλινδροµική διαδικασία επειδή τόσο ο χρόνος συγκέντρωσης όσο και ο χρόνος βροχόπτωσης είναι άγνωστοι. Όταν εφαρµόζεται η εξίσωση σε ροή επιφάνειας µε χλόη η τιµή του n είναι πολύ µεγάλη (π.χ. 0,5). Αυτό είναι απαραίτητο να λαµβάνεται υπόψη για µεγάλες σχετικά τιµές τραχύτητας που προκύπτουν από το γεγονός ότι η ροή γίνεται ανάµεσα στη χλόη και όχι επάνω σε αυτή όπως είναι η περίπτωση της ροής µέσα σε τάφρους µε χλόη. 218

19 Προκειµένου να αποφεύγεται η διαδικασία της παλινδρόµησης για την επίλυση της προαναφερόµενης εξίσωσης επιτρέπεται να χρησιµοποιείται η εξίσωση: tc 0,8 0,8 5,48 n L 0,5 1,3 P2 S = (2.5.32) όπου: P 2 [mm] : το ύψος βροχόπτωσης 24ωρου για 2ετή περίοδο επαναφοράς Οι λοιπές παράµετροι όπως ορίζονται προηγουµένως Η εξίσωση αυτή δεν είναι πάντα προφανής όταν συµβαίνουν αλλαγές στη ροή δηλαδή περιλαµβάνεται ροή επάνω στην επιφάνεια αλλά και ροή σε αβαθείς συγκεντρώσεις. Εάν µια µικρή τάφρος ή άλλη συγκεντρωµένη ροή δεν είναι προφανής ότι συµβαίνει, τότε είναι λογικό να υποτεθεί µια µέγιστη επιφανειακή ροή επί µήκους 130 m. Ως γενικός κανόνας, εάν ο συνολικός χρόνος συγκέντρωσης είναι µικρότερος από 5 λεπτά, µια ελάχιστη τιµή των 5 λεπτών θα πρέπει να χρησιµοποιείται για την εκτίµηση της παροχής σχεδιασµού. Πίνακα : Συντελεστές τραχύτητας n Manning για διάχυτη επιφανειακή ροή # Επιστρωµένες επιφάνειες n # Καλλιεργούµενα εδάφη n 1 Οµαλή άσφαλτος 0,011 8 Υπόλοιπο κάλυψης 20% 0,06 2 Οµαλό σκυρόδεµα 0,012 9 Υπόλοιπο κάλυψης >20% 0,17 3 Επένδυση σκυροδέµατος 0, Φυσική κάλυψη 0,13 4 Καλή ξύλινη επιφάνεια 0,014 # Χλοοκάλυψη 5 Πλακόστρωτα µε τσιµεντοκονία µα 0, Λιβάδια ελάχιστου ύψους χλόης 0,15 6 Ραβδωτό σκυρόδεµα 0, Πυκνή 0,24 7 Χέρσο έδαφος 0, Γκαζόν 0,41 Η εξίσωση Kirpich # ασικές εκτάσεις 14 Αραιών θάµνων 0,40 15 Πυκνών θάµνων 0,80 Συνδυασµένος χρόνος συγκέντρωσης από επιφανειακή και εντός µισγαγγειών ροή. Μια χονδρική προσέγγιση του συνολικού χρόνου συγκέντρωσης για µια αποχετευόµενη λεκάνη απιδοειδούς σχήµατος µπορεί να υπολογίζεται µε την εφαρµογή της εξίσωσης Kirpich: t c = 3,97 (L 3 /H) 0,385 όπου: t c [min] : χρόνος συγκέντρωσης L [m] : η οριζόντια προβολή του µήκους της λεκάνης (2.5.33) Η [m] : η υψοµετρική διαφορά µεταξύ του απώτατου σηµείου και του εξεταζόµενου σηµείου όπου τα νερά διανύουν το µήκος L 219

20 Υπολογισµός χρόνου συγκέντρωσης σε επιφάνεια οδοστρώµατος Ο υπολογισµός του χρόνου συγκέντρωσης για ροή επάνω σε αβαθή τάφρο ή ρείθρο (Gutter) οδοστρώµατος µπορεί να γίνεται από την εξίσωση που προκύπτει από το συνδυασµό της εξίσωσης Manning και της ορθολογικής εξίσωσης: 2 SxT t g = 0,58 (2.5.34) Ci W όπου: p t g [min] : S x [m/m] : η κλίση T [m] : πλάτος νερού C [ ] : συντελεστής απορροής i [m/h] : ένταση W p [m] : πλάτος οδοστρώµατος που συνεισφέρει στη ροή 220

21 Σχήµα : Μέσες ταχύτητες για τον υπολογισµό του χρόνου διαδροµής σε αβαθείς συγκεντρώσεις ροής 221

22 2.5.4 Ένταση Βροχόπτωσης Τα δεδοµένα έντασης βροχόπτωσης περιόδου επαναφοράς προαναφέρονται στην 2.4. Όταν παρέχονται τα συνολικά ύψη βροχόπτωσης αυτές οι τιµές µετατρέπονται σε ένταση βροχόπτωσης, για χρήση στην ορθολογική εξίσωση, διαιρώντας το ύψος βροχόπτωσης µε τη διάρκεια εκφρασµένη σε ώρες Αποχετευόµενη Επιφάνεια Η αποχετευόµενη επιφάνεια που συνεισφέρει στη ροή µέχρι την εξεταζόµενη θέση, µπορεί να µετρηθεί από τοπογραφικό χάρτη ή ακόµη και στο πεδίο. Τα απαιτούµενα δεδοµένα για τον προσδιορισµό του χρόνου συγκέντρωσης και του συντελεστή απορροής θα πρέπει να σηµειώνονται κατά την προκαταρκτική έρευνα πεδίου. Υπολογισµός µέσης κλίσης λεκάνης Μία µέθοδος µέτρησης της µέσης κλίσης της επιφάνειας µιας λεκάνης αναπτύχθηκε από τον Horton (1926). Αυτή περιλαµβάνει την τοποθέτηση ενός καννάβου επάνω στο χάρτη ισοϋψών καµπυλών της λεκάνης και τη µέτρηση του µήκους κάθε γραµµή του καννάβου µέσα στα όρια της λεκάνης. Μετράται ο αριθµός των σηµείων τοµής µε τις ισοϋψείς. Κατόπιν η κλίση της επιφάνειας υπολογίζεται από τον τύπο: S = N h secθ/l όπου: N [ ] θ [r] L [m] h [m] : ο αριθµός των σηµείων τοµής των ισοϋψών µε τις γραµµές του καννάβου : η γωνία µεταξύ της πλευράς του καννάβου και της καθέτου στην ισοϋψή στο σηµείο τοµής (βλ. λεπτοµέρεια στο Σχήµα ) : συνολικό µήκος των οριζόντιων και κάθετων τµηµάτων του καννάβου που αποτέµνονται ανάµεσα στα όρια της λεκάνης : η υψοµετρική διαφορά µεταξύ των ισοϋψών καµπυλών Επειδή η µέτρηση των γωνιών είναι εξαιρετικά χρονοβόρα συνήθως παραλείπεται, οπότε τα αποτεµνόµενα τµήµατα από τις οριζόντιες και κατακόρυφες γραµµές του καννάβου µετρώνται χωριστά και από το µέσο όρο αυτών υπολογίζεται η κλίση της επιφάνειας. Η εν λόγω απλοποιηµένη µέθοδος δείχνεται στο επόµενο παράδειγµα µε βάση το Σχήµα Η όλη διαδικασία πρέπει να γίνεται ηλεκτρονικά δηλαδή: α. γίνεται ηλεκτρονική σάρωση χάρτη 1:5 000 της ΓΥΣ ή και άλλης κλίµακας εφόσον δεν υπάρχει τέτοιος, β. σχεδιάζονται τα όρια της λεκάνης και αυτή εµβαδοµετρείται ηλεκτρονικά, γ. γίνονται οι µετρήσεις που προαναφέρονται για τον υπολογισµό της µέσης κλίσης. 222

23 Σχήµα : Παράδειγµα προσδιορισµού της µέσης κλίσης της λεκάνης µε κατάλληλη µέθοδο Ισοδιάσταση ισοϋψών 10 m Πλήθος τοµών ισοϋψών µε τις κατακόρυφες γραµµές καννάβου N V = 137 Πλήθος τοµών ισοϋψών µε τις οριζόντιες γραµµές καννάβου N H = 138 Συνολικό µήκος αποτεµνόµενων κατακόρυφων γραµµών Συνολικό µήκος αποτεµνόµενων οριζόντιων γραµµών S V = = 0,0169 m/m S H = = 0,0175 m/m Μέση κλίση επιφάνειας S= (0,0169+0,0175)/2=0,0172 m/m L V = m L H = m 223

24 2.5.6 Υπολογισµός Παροχής Σχεδιασµού Σύνθετων Αποχετευόµενων Επιφανειών Η ορθολογική µέθοδος για µια απλή αποχετευόµενη επιφάνεια παρουσιάζεται στο παράδειγµα πρόβληµα 2.2 που ακολουθεί. Για άλλα σηµεία κατά µήκος µιας τάφρου η παροχή σχεδιασµού υπολογίζεται χρησιµοποιώντας το υδραυλικώς µακρύτερο χρόνο διαδροµής µέχρι το σηµείο όπου πρόκειται να προσδιορισθεί η παροχή. Σε µερικούς συνδυασµούς αποχετευοµένων επιφανειών, είναι δυνατόν η µέγιστη τιµή της απορροής να συµβεί για την υψηλότερη ένταση βροχόπτωσης σε χρονικό διάστηµα µικρότερο από το χρόνο συγκέντρωσης που αφορά τη συνολική επιφάνεια, όταν ακόµα µόνο µέρος της αποχετευόµενης επιφάνειας συνεισφέρει. Αυτό µπορεί να συµβεί όταν ένα µέρος της αποχετευόµενης επιφάνειας έχει πολύ µεγάλη αδιαπερατότητα και η συνεισφορά του δίνεται σε ένα µικρό χρόνο συγκέντρωσης, ενώ ένα άλλο µέρος που είναι διαπερατό συνεισφέρει σε πολύ περισσότερο χρόνο συγκέντρωσης. Εκτός από τις περιπτώσεις που οι επιφάνειες ή οι χρόνοι συγκέντρωσης είναι ουσιαστικώς εκτός ισοµετρίας, η ακρίβεια της µεθόδου δεν εγγυάται τον έλεγχο της αιχµής της ροής από ένα µόνο µέρος της αποχετευόµενης επιφάνειας. Ειδικώς αυτό είναι αληθές για σχετικώς µικρές αποχετευόµενες επιφάνειες που έχουν σχέση µε εγκαταστάσεις αποχέτευσης οδοστρώµατος οδών. Παράδειγµα πρόβληµα 2.2 εδοµένα: Η συνεισφέρουσα επιφάνεια όπως περιγράφεται στο παράδειγµα πρόβληµα 2.1 (βλ ) Ο σταθµισµένος συντελεστής είναι C=0,35 και η τάφρος έχει µήκος 125 m µε κλίση 0,5%. Ζητούµενα: Η παροχή για µια 10ετή περίοδο επαναφοράς στη θέση στοµίου υδροσυλλογής κοντά στο χαµηλότερο σηµείο της παρόδιας τάφρου. Λύση: Ο χρόνος διαδροµής στην επιφάνεια λαµβάνεται από την εξίσωση (2.5.31). Το µήκος της επιφανειακής ροής είναι 60 m, η τιµή n=0,5 και η κλίση S=0,005 m/m. Η ένταση βροχόπτωσης αρχικά υποτίθεται ότι είναι 55 mm/h. t = 6,92 0,5 55 0,4 60 0,005 0,6 0,6 0,3 = 53min Από τις καµπύλες του Σχήµατος 2.41 η ένταση βροχόπτωσης για διάρκεια 53 min και 10 ετή περίοδο επαναφοράς είναι περίπου 50 mm/h, η οποία είναι ίση περίπου µε την αρχικώς υποτεθείσα ένταση i=55 mm/h για τον υπολογισµό του t. Για την τάφρο µήκους 125 m ο χρόνος διαδροµής θα εκτιµηθεί µε βάση τη µέση ταχύτητα και τη διανυόµενη α πόσταση. Από το Σχήµα η µέση ταχύτητα για µια ανεπίστρωτη επιφάνεια µε αβαθή συγκεντρωµένη ροή είναι περίπου 0,35 m/s για µια κλίση 0,005 m/m. Για την τάφρο των 125 m ο χρόνος διαδροµής είναι: t ch = 125/0,35 = 357s = 6 min Ο συνολικός χρόνος συγκέντρωσης είναι: t c = = 59 min Από τις καµπύλες του Σχήµατος 2.41 η ένταση της βροχόπτωσης για 10ετή περίοδο ε παναφοράς και για χρόνο συγκέντρωσης 59 min είναι περίπου 47 mm/h. 224

25 Η υπολογιζόµενη παροχή (από όλη την επιφάνεια m 2 = km 2 ) στο σηµείο εξόδου της τάφρου είναι: Q = 0, /3,6 = 0,041 m 3 /s 2.6 Μέθοδοι Παλινδρόµησης Επισκόπηση µεθόδων παλινδρόµησης Τοπικές εξισώσεις παλινδρόµησης συνήθως χρησιµοποιούνται για την εκτίµηση της αιχ µής ροών σε περιοχές άνευ δεδοµένων µετρήσεων ή σε περιοχές µε ανεπαρκή δεδοµένα. Οι τοπικές εξισώσεις παλινδρόµησης συσχετίζουν την αιχµή ροής για µια συγκεκριµένη περίοδο επαναφοράς µε τα φυσιογραφικά, υδρολογικά και µετεωρολογικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής. Οι σχέσεις παλινδρόµησης στηρίζονται κυρίως σε δεδοµένα µετρήσεων, αλλά µπορεί επίσης να περιλαµβάνουν αναλυτικά προβλεπόµενες εκτιµήσεις παροχών οι οποίες είναι µέρος µιας βάσης δεδοµένων και χρησιµοποιούνται για την ανάπτυξη µιας δεδοµένης εξίσωσης Τοπικές εξισώσεις παλινδρόµησης Εξισώσεις υπολογισµού της έντασης βροχόπτωσης σε σχέση µε το χρόνο διάρκειας έχουν αναπτυχθεί για τις ανάγκες τοπικών έργων είτε αστικών περιοχών είτε τµηµάτων αυτοκινητοδρόµων, µέχρι σήµερα για αρκετές περιοχές της χώρας. Βεβαίως δεν έχει γίνει κάποια συνολική επεξεργασία και αξιολόγηση των αποτελεσµάτων αυτών των εργασιών από αρµόδιο κεντρικό φορέα. Ως εκ τούτου προκύπτει ότι είναι στη διακριτική ευχέρεια της ενδιαφερόµενης Υπηρεσίας να υιοθετεί ή να εντέλλεται την ανάθεση σχετικών υδρολογικών µελετών. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η ακρίβεια των εξισώσεων µπορεί να είναι συζητήσιµη επειδή επιπλέον σε ορισµένες περιπτώσεις τα βροχοµετρικά στοιχεία που χρησιµοποιούνται δεν είναι πάντα τα απαιτούµενα κυρίως σε βάθος χρόνου αλλά και θέσεων των σταθµών µετρήσεων Εξισώσεις παλινδρόµησης αστικών περιοχών Η εκτίµηση της παροχής αιχµής σε αστικές περιοχές γίνεται µε εξισώσεις για διάφορες περιόδους επαναφοράς. Οι εξισώσεις αυτές πρέπει να αναπτύσσονται για περίοδο επαναφοράς 2, 5, 25, 50, 100 και 500ετή. 2.7 Λογισµικό Ανάλυσης Σχεδιασµού Για την ανάλυση και σχεδιασµό της αποχέτευσης οδών µπορεί να χρησιµοποιείται λογισµικό που έχει αναπτυχθεί από τη FHWA. Το λογισµικό αυτό είναι ελεύθερης χρήσης και θεωρείται ως το πλέον καταλληλότερο για την ολοκλήρωση των ποικίλων υδρολογικών και υδραυλικών αναλύσεων. Όµως στη διεθνή αγορά κυκλοφορούν και άλλα λογισµικά ε ξίσου ή και καλύτερα ως προς τη χρήση τους. Έτσι σήµερα επιβάλλεται η µελέτη αποχέτευσης να εκπονείται µε τη βοήθεια αποδεδειγµένως αξιόπιστων προγραµµάτων Η/Υ. 2.8 Συνθετικό Μοναδιαίο Υδρογράφηµα Εισαγωγή Το υδρογράφηµα (hydrograph) είναι η συνεχής γραφική παράσταση της παροχής, Q, ενός υδατορεύµατος σε µια συγκεκριµένη διατοµή στη διάρκεια του χρόνου, t. Το υδρο 225

26 γράφηµα µπορεί να προκύψει από την απευθείας µετατροπή της στάθµης του υδατορέµατος (που στη διάρκεια ενός πληµµυρικού επεισοδίου καταγράφεται σε συνεχή χρόνο από ένα αυτόµατο καταγραφικό όργανο της στάθµης που ονοµάζεται σταθµηγράφος) σε παροχή βάσει των καµπυλών στάθµης παροχής (stage discharge curves). Αυτές οι κα µπύλες προκύπτουν από τις υδροµετρήσεις, δηλαδή τις περιοδικές αλλά ταυτόχρονες µετρήσεις στάθµης και παροχής και την προσαρµογή τους σε µια εξίσωση της µορφής: Q=a(HH o ) b Οπου, a και b είναι οι παράµετροι που προκύπτουν από την προσαρµογή της ευθείας των ελαχίστων τετραγώνων στους φυσικούς λογάριθµους της παροχής Q και της στάθµης H. Η στάθµη H o αναφέρεται στη στάθµη αναφοράς για την οποία Q = 0. Σε υδατορέµατα για τα οποία δεν υπάρχουν καθόλου µετρήσεις της παροχής ούτε συνεχείς καταγραφές της στάθµης, η µετατροπή της βροχής σε απορροή µπορεί να γίνει είτε µέσω κατάλληλα προσαρµοσµένων µαθηµατικών µοντέλων προσοµοίωσης της απορροής είτε µέσω της διόδευσης του πληµµυρικού κύµατος στην υπόψη διατοµή σε περίπτωση που στο ίδιο υδατόρεµα αλλά σε άλλη θέση υπάρχει εγκατάσταση µέτρησης της στάθµης. Σε περιπτώσεις κατασκευής τεχνικών έργων κοντά στην κοίτη ενός υδατορέµατος (π.χ. υπολογισµός ύψους γέφυρας, σχεδιασµός αντιπληµµυρικής τάφρου αυτοκινητόδρο µου) ενδιαφέρει άµεσα το υδρογράφηµα της πληµµύρας σχεδιασµού ή πληµµυρογράφη µα σχεδιασµού (design hydrograph) του τεχνικού έργου που συνδέεται άµεσα µε την βροχόπτωση σχεδιασµού (design storm). Ως βροχόπτωση σχεδιασµού (αντιστοίχως: πληµ µύρα σχεδιασµού) αναφέρεται συνήθως η βροχόπτωση (αντιστοίχως: παροχή) εκείνη της οποίας το συνολικό ύψος (αντιστοίχως: αιχµή παροχής (1) ) έχει µια συγκεκριµένη περίοδο επαναφοράς, Τ. Αυτό σηµαίνει ότι θα παρουσιαστεί ύψος βροχόπτωσης µεγαλύτερο από εκείνο της βροχόπτωσης σχεδιασµού κατά µέσο όρο µία φορά στα Τ χρόνια της ζωής του έργου. Αντίστοιχα η πιθανότητα υπέρβασης, p, του ύψους της βροχόπτωσης σχεδιασµού σε ένα δεδοµένο έτος θα είναι ίση µε 1/Τ. Για παράδειγµα, αν γίνει η εκτίµηση της βροχόπτωσης σχεδιασµού µε περίοδο επαναφοράς Τ = 20 έτη, δηλαδή θα έχουµε υπέρβαση κατά µέσο όρο µία φορά στα 20 έτη, τότε η πιθανότητα υπέρβασης για κάθε δεδο µένο έτος θα είναι p = 1/20 = Θα πρέπει να κατανοηθεί ότι το µέγεθος της περιόδου επαναφοράς είναι µόνο στατιστικό. Για παράδειγµα, δεν σηµαίνει ότι θα γίνει υπέρβαση της βροχόπτωσης σχεδιασµού µόνο µια φορά στα 20 έτη, αλλά µπορεί να συµβαίνει και κάθε χρόνο καθώς η αντίστοιχη πιθανότητα είναι ίση µε 5%. Θα πρέπει επίσης να επισηµανθεί ότι η περίοδος επαναφοράς της βροχόπτωσης σχεδιασµού δεν είναι ίση µε την περίοδο επαναφοράς της πληµµύρας σχεδιασµού (π.χ. πληµ µυρική αιχµή) κυρίως λόγω της επίδρασης των υδρολογικών απωλειών (κατακράτηση, διήθηση) που γενικά είναι διαφορετικές σε κάθε πληµµυρικό επεισόδιο. Σηµειώνεται ότι η υιοθέτηση της περιόδου επαναφοράς της βροχόπτωσης σχεδιασµού είναι προτιµότερη από τον απευθείας υπολογισµό της περιόδου επαναφοράς της πληµµυρικής αιχµής δεδο µένου ότι τα δεδοµένα βροχόπτωσης αποτελούν στατιστικό δείγµα µε µεγαλύτερη χρονική (1) Για το σχεδιασµό αντιπληµµυρικών έργων χρησιµοποιείται ως µέγεθος αναφοράς η πληµµυρική αιχµή ενώ για κάποιους άλλους λόγους θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί ο όγκος της α πορροής (π.χ. σχεδιασµός δεξαµενών κατακράτησης). 226